JP2000139040A

JP2000139040A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2000139040A
Application number: JP10309322A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Higaki; 成敏桧垣
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】商用電源電圧の変動に対し出力が安定してお
り、バッテリ蓄電エネルギーを消費しない許容入力電圧
範囲を大きくでき、通常の損失が小さく装置効率が高
く、騒音が小さく小形軽量安価で、バッテリ増設の制約
が少ない等の各種の条件を同時に満たす無停電電源装置
を提供する。【解決手段】商用電源とインバータ回路の交流出力とを
選択して切換え可能な出力切換回路と、商用入力電圧が
定格電圧に対して所定の第一の電圧範囲にある場合に
は、前記出力切換回路が商用電源を選択し、それ以外の
範囲では、前記インバータ回路の交流出力を選択し、更
に、商用入力電圧が、前記第一の電圧範囲内ではない第
二の電圧範囲を超えた場合に、バッテリに蓄えられた直
流電力から動作する運転動作に切換える運転動作切換制
御回路を設ける構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転動作制御を改
良した無停電電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置（以下ＵＰＳと称す）
は、コンピュータ等の負荷機器を、停電を含む商用電源
異常から守るために設置され、高度情報化社会を支える
装置としての使命は大きい。すなわち商用入力の変動に
対し、一瞬たりとも停止できず、安定した交流電力を供
給することが必要である。

【０００３】一方、ＵＰＳには、商用電源が正常な場合
は、商用入力をそのまま出力し、停電時あるいは商用入
力電圧低下の場合に、インバータを起動しバッテリの直
流電力を交流電力に変換して、継続して負荷に給電する
いわゆる常時商用給電方式ＵＰＳ（ＳＰＳまたはＯｆｆ
−ｌｉｎｅＵＰＳと称す）と、常時入力側の整流器、
インバータを動作させ交流入力電力を直流電力に変換
し、直流回路でバッテリ回路と接続し、更に直流電力を
安定した交流電力に変換するいわゆる常時インバータ給
電方式ＵＰＳ（単にＵＰＳまたはＯｎ−ｌｉｎｅＵＰ
Ｓと称す）の２通りがある。

【０００４】前者のＳＰＳの特徴としては、商用電源が
安定している場合は、商用入力をそのまま装置出力とす
るため装置運転効率が高く、装置内部で発生する損失が
小さいため、それを装置外に排出するための冷却ファン
を停止することが可能となり低騒音等の問題も少ない。
更に、停電時はバッテリに蓄えられた限られた直流エネ
ルギーを利用し、インバータを介して交流電力に変換し
て給電を継続するため、インバータ定格としては熱的に
短時間定格で設計できる。従って、連続定格で設計され
た装置に比べ、小形・軽量、安価とすることができる。
一方、商用電源の変動が比較的大きい場合は、装置出力
も入力変動に応じて変化するため、出力の安定性につい
ては問題がある。ＵＰＳの一般的な負荷であるコンピュ
ータは、入力にスイッチング電源を有し、多くの場合、
その電源仕様としては、±１０％、つまり、１００Ｖ定
格として、９０Ｖ〜１１０Ｖとなる。従って、多くのＳ
ＰＳは、商用電源電圧が、９０Ｖから１１０Ｖの範囲で
あれば、商用入力をそのまま出力するため、少なくとも
９０Ｖから１１０Ｖの範囲でその出力は変動することに
なる。更に、例えば入力電圧が、８５Ｖないし１１５Ｖ
に低下あるいは上昇した場合、インバータを起動しバッ
テリ運転（放電）により、１００Ｖ出力を保持するが、
このような電源異常（電圧低下または上昇）が比較的長
く継続した場合、バッテリに蓄電された直流エネルギー
を消費し、最悪出力を停止せざるを得なくなる。また、
出力停止しないまでも、バッテリの蓄電エネルギーを一
部消費しているため、そこから引き続き停電が発生すれ
ば、十分なバッテリバックアップ時間を満たすことがで
きなくなる可能性がある。更に、前述の如く、装置（変
換器）としては、短時間定格で設計されている場合が多
く、負荷側のコンピュータ機器の要求によるバッテリバ
ックアップ時間の延長、つまりバッテリ増設の点で、問
題がある。

【０００５】一方、後者の常時インバータ給電方式ＵＰ
Ｓは、常にインバータを動作させているため、出力の安
定性については全く問題ない。更に、入力の整流器（Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ）に昇圧機能を付加することによ
り、バッテリを消費しないつまりバッテリ放電をしない
ですむ商用電源電圧の許容範囲をＳＰＳに比べ、大きく
することができる。また、基本的には装置変換器容量と
して１００％連続定格で設計されているため、バッテリ
増設の点では充電器増設の問題以外には制約条件が少な
い。しかしながら、ＳＰＳに比べ常に変換器（整流器や
インバータ）が動作しているため、装置損失が大きく装
置効率が悪い。また、排熱のための冷却ファンを停止さ
せておくことが困難であり、騒音の点でもマイナス要因
である。尚、外形、質量、価格の点ではＳＰＳに比べ良
くない（大きい、重い、高価）が、最近ではトランスレ
ス方式の装置が製造されており、両者の差はかなり接近
してきている。

【０００６】ところで、前者ＳＰＳの欠点つまりバッテ
リ放電（蓄電エネルギーの消費）しない商用電源の許容
電圧範囲を大きくできないという問題に対し、最近で
は、複数のタップ付きトランスを設け、ある程度大きな
入力電圧変動に対し、出力電圧を例えば±１０％以内に
入るようタップ切換を併用して制御し、それ以上大きな
変動（停電を含む）の場合に、バッテリ放電を行なうよ
うにした方式（ラインインタラクティブ方式と称す）が
製品化されている。本方式では、ＵＰＳ（常時インバー
タ給電方式）の場合に近い入力電圧範囲まで、バッテリ
蓄電エネルギーの消費をしないですむよう改善でき、し
かも通常変換器は動作していないため、装置効率を高く
することができる。反面、通常のＳＰＳと比べれば、ト
ランスやタップ切換回路（リレー等）を追加する必要が
あるため、大きく、重くなり、コスト的にも高くなる。
また、出力の安定性の点では、入力電圧変動に対し、基
本的には、トランスのタップ切換で対応するため、許容
変動範囲内ではあるが、ＵＰＳと比べ、変動幅（基本的
には、トランスタップ間の電圧相当）が大きく、また、
変動する機会も多く、場合によっては、負荷側の機器に
影響が出る懸念がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無停電電源装置では、各種方式があるが、・商用電源電圧の変動に対し、出力が安定している・バッテリ蓄電エネルギーを消費しない許容入力電圧範
囲を大きくする・通常の損失が小さく、装置効率が高い・騒音が小さい・小形・軽量・安価・バッテリ増設の制約が少ない等、各種の条件を同時に満たしていないあるいは不十分
といった問題点があった。

【０００８】以上の問題点に鑑み、本発明では、・商用電源電圧の変動に対し、出力が安定している・バッテリ蓄電エネルギーを消費しない許容入力電圧範
囲を大きくする・通常の損失が小さく、装置効率が高い・騒音が小さい・小形・軽量・安価・バッテリ増設の制約が少ない等の各種条件を満たす無停電電源装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】商用電源を入力して交流
電力を直流電力に変換可能な整流回路と、前記直流電力
を所定の電圧、周波数の安定した交流電力に変換可能な
インバータ回路と、バッテリを有し、停電等の商用電源
異常時には、バッテリに蓄えられた直流電力を前記イン
バータ回路を介して、継続して安定した交流電力を負荷
機器に供給可能な無停電電源装置において、商用電源
と、前記インバータ回路の交流出力とを選択して切換え
可能な出力切換回路と、商用入力電圧が、定格電圧に対
して所定の第一の電圧範囲にある場合には、前記出力切
換回路が商用電源を選択し、それ以外の範囲では、前記
インバータ回路の交流出力を選択し、更に、商用入力電
圧が、前記第一の電圧範囲内ではない第二の電圧範囲を
超えた場合に、バッテリに蓄えられた直流電力から動作
する運転動作に切換える運転動作制御回路を設けること
を特徴とする。（請求項１）上記構成の無停電電源装置によれば、・商用電源電圧の変動に対し、出力が安定している・バッテリ蓄電エネルギーを消費しない許容入力電圧範
囲を大きくできる・通常の損失が小さく、装置効率が高い・騒音が小さい・小形・軽量・安価・バッテリ増設の制約が少ないという効果を奏する。

【００１０】また、上記構成の無停電電源装置におい
て、運転動作切換制御回路に、商用電源の周波数の条件
を加え５０Ｈｚないし６０Ｈｚの商用定格周波数に対し
所定の第一の周波数範囲にありかつ電圧も所定の第一の
範囲にある場合には、出力切換回路が商用電源を選択
し、周波数が前記第一の周波数範囲外にあるもしくは、
電圧が前記第一の範囲外にある場合には、前記インバー
タ回路の交流出力を選択し、更に周波数が所定の第二の
範囲外にある、または、電圧が所定の第二の範囲外にあ
る場合には、バッテリに蓄えられた直流電力からインバ
ータ回路を介して安定した交流電力を負荷機器に給電す
る運転動作に切換え、それ以外の範囲では、商用入力電
力を整流回路により直流電力に変換し、インバータ回路
により安定した交流電力を出力するよう制御するように
してもよい。（請求項２）このものにおいても、請求項１と同様の効果を奏する。

【００１１】また、上記構成の無停電電源装置におい
て、商用電源と、インバータ回路の交流出力とを選択し
て切換え可能な出力切換回路について、商用電源を選択
する側のみにサイリスタやトライアック等の電力半導体
スイッチ素子を設け、商用電源選択の場合は、前記電力
半導体スイッチ素子のゲートをオンすると共に、インバ
ータ回路のゲートをオフし、また、インバータ回路の出
力選択の場合は、前記電力半導体スイッチ素子のゲート
をオフすると共に、インバータ回路のゲートをオンする
こととしてもよい。（請求項３）このものにおいても、請求項１と同様の効果を奏する。

【００１２】また、上記構成の無停電電源装置におい
て、順次設定値が長くなる２個以上の複数のタイマ群を
設け、商用入力電圧が所定の第一の電圧範囲外になった
場合には、直ちに出力切換回路を商用電源選択よりイン
バータ回路の交流出力選択に切換え、また、前記タイマ
群の中の現在選択されているタイマ値の期間、商用電源
電圧が前記所定の第一の電圧範囲にある場合には、再び
商用電源選択に切換えると同時に、前記タイマ群の中の
現在選択されているタイマもしくは、予め設定された第
二のタイマを起動し、本タイマカウント中に、再び商用
電源電圧が所定の第一の電圧範囲外になった場合には、
直ちに出力切換回路を商用電源選択よりインバータ回路
の交流出力選択に切換え、かつ前記タイマ群の中の現在
選択されているタイマの次の長い時間の設定に更新し、
一方、前記タイマカウント完了までの期間中、商用電源
電圧が所定の第一の電圧範囲内を保持する場合には、前
記タイマ群の中の現在選択されているタイマ値よりも短
い時間の設定もしくは予め設定された初期値にタイマ値
を更新することを特徴とする。（請求項４）また、上記構成の無停電電源装置において、商用電源が
選択されている場合に、出力電圧を監視し、前記出力電
圧が、所定の電圧範囲を超えた場合に、商用電源の選択
を中断し、インバータ回路の交流出力に、所定の期間切
換えるようにしてもよい。（請求項５）また、上記構成の無停電電源装置において、商用電源が
選択されている場合に、出力電圧の瞬時値を監視し、前
記出力電圧の絶対値もしくは瞬時電圧振幅値が、所定の
出力電圧の位相期間もしくは全領域について、所定の第
一の微小期間、所定の第一の電圧瞬時基準値よりも小さ
くなった場合、もしくは所定の第二の微小期間、所定の
第二の電圧瞬時基準値よりも大きくなった場合に、直ち
に商用電源の選択を中断し、インバータ回路の交流出力
に、所定の期間切換えることを特徴とする。（請求項
６）また、上記構成の無停電電源装置において、インバータ
回路の交流回路が選択され、かつ商用入力が所定の第二
の電圧範囲内にあり、バッテリ運転していない場合に、
出力電圧の瞬時値を監視し、前記出力電圧の絶対値もし
くは瞬時電圧振幅値が、所定の出力電圧の位相期間もし
くは全領域について、所定の第一の微小期間、所定の第
一の電圧瞬時基準値よりも小さくなった場合に、直ちに
インバータ回路の交流出力の選択を中断し、商用電源の
選択に、所定の期間切換えることを特徴とする。（請求
項７）また、上記構成の無停電電源装置において、装置故障も
しくは運転停止条件以外に、商用電源が所定の電圧範囲
内にある場合に、商用電源選択をするかしないかを、内
部もしくは外部設定により、設定変更可能なことを特徴
とする。（請求項８）これら請求項４乃至８の構成においても、請求項１と同
様の効果を奏する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
１を参照して説明する。図１は、無停電電源装置１のブ
ロック図を示し、商用電源２を入力として、電力半導体
からなる整流器３により交流電力を直流電力に変換し、
更に電力半導体からなるインバータ回路４を介して、前
記直流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に変換する
ようにする。また、商用電源２を直接負荷機器６に出力
することができるようバイパス回路８を設ける。そし
て、出力切換スイッチ（回路）５を設け、インバータ回
路４の交流出力または、商用電源２をそのまま給電する
バイパス回路８出力のいずれか一方を選択し、負荷機器
６へ給電できるようにする。また、商用電源２が停電等
電圧異常になった場合に、負荷機器６への給電が継続で
きるよう内蔵バッテリ及び必要に応じてバッテリの電圧
レベルと直流母線電圧レベルとを合せる為のＤＣ／ＤＣ
変換回路７を設け、直流母線に接続する。入力電圧信号
Ｖ１の値より、入力電圧判定回路１０にて、複数の電圧
基準値レベルに応じた入力電圧判定信号１０Ａを発生さ
せ、運転動作制御回路１１へ出力する。例えば定格入力
電圧Ｖ１Ｓ（１００％電圧）に対し、第一の電圧範囲
を、Ｖ1 Ｌ及びＶ１Ｈ（Ｖ１Ｌ＜Ｖ１Ｓ＜Ｖ１Ｈとす
る。）、第二の電圧範囲をＶ２Ｌ及びＶ２Ｈ（Ｖ２Ｌ≦
Ｖ１Ｌ＜Ｖ１Ｈ≦Ｖ２Ｈとする。）とする。入力電圧判
定信号１０Ａとしては、入力電圧信号Ｖ１の値より、１）Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈ２）Ｖ２Ｌ≦Ｖ１＜Ｖ１Ｌまたは、Ｖ１Ｌ＜Ｖ１
≦Ｖ２Ｈ３）Ｖ１＜Ｖ２Ｌまたは、Ｖ２Ｈ＜Ｖ１の各状態を判定し、運転動作制御回路１１へ情報伝達
（出力）する。運転動作制御回路１１では、入力電圧判
定信号１０Ａを基に、装置１の動作状態を決定する。

【００１４】状態１）Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈの場合
には、少なくとも出力切換スイッチ５について、バイパ
ス回路８側を選択し、商用電源２をバイパス回路８を介
して、負荷機器６へ給電するよう制御する。（出力選択
信号１１Ａによる。）尚、その際、インバータ回路４の
制御信号１１Ｂを、ゲートブロック状態（すなわちイン
バータ停止）とするか、ゲートオン状態（インバータ無
負荷運転、いわゆるホットスタンバイ状態）としても特
に差し支えない。同様に、入力側の整流器３の制御信号
１１Ｄについても、最低限インバータ回路４が出力でき
る直流母線電圧を確保していれば良く、停止状態もしく
は、連続運転状態、あるいは、間欠的な動作をさせても
良い。

【００１５】状態２）Ｖ２Ｌ≦Ｖ１＜Ｖ１Ｌまた
は、Ｖ１Ｌ＜Ｖ１≦Ｖ２Ｈの場合は、出力選択信号１
１Ａを、少なくとも出力切換スイッチ５がインバータ回
路４の交流出力を選択するよう制御すると共に、整流回
路３及びインバータ回路４のゲート制御信号（１１Ｄ及
び１１Ｂ）を出力し、動作させるよう制御する。尚、入
力側の整流回路３に、昇圧機能を付加する（例えば、Ｐ
ＷＭコンバータ）ことにより、Ｖ２ＬとＶ１Ｌとの間隔
（差）を大きくすることが可能である。

【００１６】状態３）Ｖ１＜Ｖ２Ｌまたは、Ｖ２
Ｈ＜Ｖ１の場合は、出力選択信号１１Ａを、少なくと
も出力切換スイッチ５がインバータ回路４の交流出力を
選択するよう制御すると共に、バッテリ及びＤＣ／ＤＣ
変換回路７及びインバータ回路４のゲート制御信号（１
１Ｃ及び１１Ｂ）を出力し、動作させるよう制御する。
つまり、バッテリバックアップ運転状態とする。尚、電
圧低下基準値Ｖ２Ｌについて、負荷電流の大きさによ
り、直接的または、入力電流の大きさや直流母線電圧の
低下状態等、間接的に可変させることも可能である。一
般的に、負荷が小さい（軽い）場合は、バックアップ動
作に移行する電圧（Ｖ２Ｌ）を低くできるＱ／、バッテ
リを極力消費させないつまり、バッテリ運転しない許容
電圧範囲を拡大するためには、有効である。

【００１７】本実施例によれば、通常の入力電圧が安定
している期間は、バイパス回路８による商用電源２の直
送により、負荷機器６の給電を行なうため、装置損失も
少なく、装置効率が向上し、省エネルギー運転が可能と
なり、冷却ファン停止も可能で、低騒音化を図ることが
できる。一方、商用入力電圧が変動した場合には、直ち
にインバータ給電に移行するため、安定した出力を保持
することが可能となる。

【００１８】更に、整流回路３及びインバータ回路４
を、電源の片側の一線をコモンにしたトランスレス回路
を採用すれば、通常のＳＰＳに匹敵する程、小型・軽
量、低価格を実現することも可能である。

【００１９】更に、入力側に設けた整流回路３に、昇圧
機能を付加することにより、ラインインタラクティブ方
式以上に、出力電圧を安定に保ちながらバッテリバック
アップ運転に移行しない入力許容電圧範囲を大きく取れ
るので、万が一の停電の際のバッテリバックアップ保持
時間を常に適正な値に保つことができる。また、装置容
量相当のトランスも不要であり、小型、軽量であり、か
つ製品コスト的にも有利である。

【００２０】尚、装置定格そのものは、通常、インバー
タ連続運転可能であるため、バッテリ増設等の点につい
ても、特に制約はない。図２は、本発明の第２実施例を
示す無停電電源装置のブロック図である。同図では、図
１の運転動作制御回路１１の動作条件に、入力電圧・周
波数の条件を付加、つまり、入力電圧・周波数判定回路
１０X を設ける。入力電圧・周波数判定回路１０X で
は、入力電圧の電圧Ｖ１・周波数Ｆ１に対して、複数の
電圧基準値、周波数基準値レベルに応じて、入力電圧・
周波数信号１０Ｂを発生し、運転動作制御回路１１へ出
力する。例えば、５０Ｈｚないし６０Ｈｚの商用定格周
波数Ｆ１Ｓに対し、第一の周波数範囲をＦ１Ｌ及びＦ１
Ｈ（Ｆ１Ｌ＜Ｆ１Ｓ＜Ｆ１Ｈ）とし、第二の周波数範囲
をＦ２Ｌ及びＦ２Ｈ（Ｆ２Ｌ≦Ｆ１Ｌ＜Ｆ１Ｈ≦Ｆ２
Ｈ）とする。入力電圧・周波数判定信号１０Ｂとして
は、入力電圧信号Ｖ１、入力周波数信号Ｆ１の値より、１Ａ）Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１ＨかつＦ１Ｌ≦Ｆ１≦Ｆ
１Ｈ１Ｂ）上記１Ａ）の範囲外２Ａ）Ｖ１＜Ｖ２Ｌまたは、Ｖ２Ｈ＜Ｖ１または、
Ｆ１＜Ｆ２Ｌまたは、Ｆ２Ｈ＜Ｆ１２Ｂ）上記１Ｂ）条件成立時、更に、上記２Ａ）の条件
不成立時の各条件を判定し、運転動作制御回路１１へ情
報伝達（出力）する。運転動作制御回路１１では、入力
電圧・周波数判定信号１０Ｂを基に、装置１の動作状態
を決定する。

【００２１】状態１Ａ）Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈかつ
Ｆ１Ｌ≦Ｆ１≦Ｆ１Ｈの場合には、少なくとも出力
切換スイッチ５について、バイパス回路８側を選択し、
商用電源２をバイパス回路８を介して、負荷機器６へ給
電するよう制御する。（出力選択信号１１Ａによる。）状態１Ｂ）前記状態１Ａ）の範囲外の場合には、出力
選択信号１１Ａを、少なくとも出力切換スイッチ５がイ
ンバータ回路４の交流出力を選択するよう制御する。

【００２２】更に、状態２Ａ）Ｖ１＜Ｖ２Ｌまたは、
Ｖ２Ｈ＜Ｖ１または、Ｆ１＜Ｆ２Ｌまたは、Ｆ２Ｈ
＜Ｆ１の場合、バッテリ及びＤＣ／ＤＣ変換回路７及び
インバータ回路４のゲート制御信号（１１Ｃ及び１１
Ｂ）を出力し、動作させるよう制御する。つまり、バッ
テリバックアップ運転状態とする。

【００２３】状態２Ｂ）前記状態１Ｂ）条件成立時、
更に、前記状態２Ａ）の条件不成立時の場合、整流回路
３及びインバータ回路４のゲート制御信号（１１Ｄ及び
１１Ｂ）を出力し、動作させるよう制御する。

【００２４】本実施例の場合、入力電圧・周波数の両方
を監視しているため、より確実な運転動作制御が可能と
なり、各動作状態における出力の安定性を向上させるこ
とができる。

【００２５】図３は、本発明の第３の実施例を示す構成
図である。商用電源と、インバータ回路の交流出力とを
選択して切換え可能な出力切換え回路について、商用電
源を直送するバイパス回路８を選択する側のみに、逆並
列に接続されたサイリスタやトライアック等の電力半導
体より構成される出力切換半導体スイッチ５A を設け
る。入力電圧や周波数条件によりバイパス回路８を選択
する場合は、運転動作制御回路１１の制御により、出力
選択制御信号１１A を出力し、出力切換半導体スイッチ
５の電力用半導体スイッチを導通状態となるよう制御す
る。同時に、インバータ回路４のインバータ制御信号１
１B により、インバータ素子のゲート信号をブロック
し、インバータの動作を停止させる。同様に、インバー
タ回路４の交流出力を選択する場合は、インバータ回路
４のインバータ制御信号１１B により、インバータ素子
のゲート信号をオンとし、インバータの動作を開始させ
ると共に、出力選択制御信号１１A により、出力切換半
導体スイッチ５の電力用半導体スイッチが非導通状態
（ゲート信号ブロック）となるよう制御する。

【００２６】本実施例の場合、インバータ回路側に特に
切換スイッチが不要となり、装置コスト的に有利とな
る。更に、切替回路全体が半導体により構成されている
ため、リレー式等の接点切換方式と比較して、バイパス
回路８からインバータ回路４へ、または、インバータ回
路４からバイパス回路８への切換がスムーズかつ高速に
行なえるため、運転動作切換時の装置出力に与える変動
を小さく抑制することが可能となる。

【００２７】尚、ＵＰＳの運転動作によっては、例えば
スケジュール運転等により、出力停止する必要がある場
合があるが、この時は、出力切換制御信号１１Ａ及び、
インバータ制御信号１１Ｂにより、双方ともゲートブロ
ック状態とすれば、容易に実現できる。

【００２８】本発明の第４の実施例について説明する。
本実施例では、図１の入力電圧判定回路１０の電圧判定
条件に、複数のタイマ設定による時間要素を付加するも
のである。

【００２９】以下、入力電圧判定回路の判定アルゴリズ
ム詳細につき、説明する。Ｎ種類のタイマ設定値Ｔ
（１）、Ｔ（２）、…、Ｔ（Ｎ）（Ｎ≧２とする）を用
意する。（タイマ設定値の時間については、Ｔ（１）＜
Ｔ（２）＜…＜Ｔ（Ｎ）の様に、順次増加するものとす
る。）ある時点にて、ｎ番目のタイマ設定値が選択されてい
て、かつ入力電圧Ｖ１の状態が、Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈ
の範囲で安定していて、出力切替回路５は、バイパス回
路８を選択していると仮定する。判定アルゴリズム：（１）バイパス回路８選択中の場合（１１）Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈの場合（１１１）タイマＴ（ｎ）カウント完了の場合

【００３０】以上説明した運転動作制御アルゴリズムに
よれば、比較的短時間に商用電源変動がある場合に、自
動的に入力電圧が正常値に復帰したことを確認する期間
を延長できる為、バイパス回路とインバータ回路の相互
に切換わる回数を調節（減少）させることができ、ま
た、真に入力電圧が安定した場合には、自動的に確認す
る期間を短くすることができる為、単一のタイマ値に依
存するよりも、バイパス回路を介しての給電期間延長
（つまり高効率で装置運転している期間を長くする）と
切換頻度の減少（出力の安定性の向上）の双方について
効果がある。図４は、本発明の第５の実施例を示す無
停電電源装置のブロック図である。

【００３１】本実施例では、図１のブロック図に、更に
出力電圧判定回路１２を設け、出力電圧Ｖ０の値によ
り、出力電圧判定信号１２Ａを発生し、運転動作制御回
路１１へ出力する。

【００３２】出力電圧の電圧範囲基準をＶ０Ｌ、Ｖ０Ｈ
（Ｖ０Ｌ＜Ｖ０＜Ｖ０Ｈ）として、商用入力つまりバイ
パス回路８が選択されている場合、Ｖ０＜Ｖ０Ｌまたは
Ｖ０Ｈ＜Ｖ０となった場合、出力判定信号１２Ａによ
り、運転動作制御回路１１へ情報伝達（出力）し、直ち
に、バイパス回路８からインバータ回路４へ、出力切換
を実効する。

【００３３】尚、バイパス回路８が選択されている期
間、入力電圧Ｖ１の電圧判定と併用しても、あるいは、
出力電圧Ｖ０の電圧判定単独で使用しても差し支えな
い。また、入出力電圧判定を併用する場合は、入力電圧
正常かつ出力電圧異常の条件で、バイパス回路８につな
がる出力切換スイッチを含む異常、例えば、断線、スイ
ッチ故障（オープン）、ゲート回路異常等、が判断でき
るため、装置外部に警報として出力ないし、今後インバ
ータ回路からバイパス回路への切換をブロックする等の
保護動作が容易である。

【００３４】本実施例によれば、商用入力直送つまりバ
イパス回路選択中に、出力電圧そのものを監視する為、
商用電圧低下・上昇のみでなく、出力切換回路の異常を
含む出力監視が実現できるため、装置出力の信頼性を向
上させることが可能となる。）第６の実施例では、図
４の第５の実施例のブロック図中の出力電圧判定回路に
１２に、バイパス回路８が選択されている期間、出力電
圧信号Ｖ０に対して、瞬時電圧低下の条件判定を付加し
たものである。

【００３５】図５に、出力電圧瞬時低下検出の概念図を
示す。出力電圧信号Ｖ０の絶対値｜Ｖ０｜に対し、所定
の瞬時電圧基準Ｖ０ｘを発生させる。ＵＰＳとしては、
一般的に、常に入力電源位相と出力電圧位相と同期させ
て運転させている場合が多く、制御回路内部に、ＰＬＬ
回路を有している。従って、バイパス回路選択時は、商
用電源そのものが出力されているため、この時の出力電
圧位相そのものは、入力位相と同等である。また、いつ
でもインバータ運転を実行するため、上述の如く、ＰＬ
Ｌ回路にて入力電圧と同期をとった出力電圧基準を発生
させている。従って、入力電源位相（つまり、バイパス
回路選択時の出力電圧位相）と同期の取れた所定の瞬時
電圧基準Ｖ０ｘを発生させることは容易である。また、
Ｖ０の零クロス付近は、元々電圧レベルが小さく、万が
一この付近で電源異常が発生しも、出力電圧そのものに
は、あまり影響しないと考えられる。更に、この付近
は、電圧レベルが小さいため、ノイズ等の影響を受けや
すく、更には、ＰＬＬ回路の応答等の問題により、ある
程度、位相的にふらついている可能性があり、誤検出防
止の意味で、図５の例では、Ｔａで示す期間電圧異常判
定を行なわない、同図の例では、瞬時電圧基準Ｖ０ｘ＝
０としている。以上より、Ｔａで示した期間、つまり出
力電圧Ｖ０（バイパス回路８選択中の為、Ｖ１に相当）
の値が比較的大きな期間に、｜Ｖ０｜＜Ｖ０ｘとなる期
間が、所定の微小期間Ｔｘを超過した場合、直ちに、パ
イパス回路８の選択を中断し、インバータ回路４を起動
するよう制御する。

【００３６】尚、入力電源電圧Ｖ０が、サージ等の影響
で、瞬時的に大きくなった場合も、前記Ｖ０ｘ（電圧低
下瞬時電圧基準）と同様に、電圧上昇瞬時電圧基準Ｖ０
ｙを発生させ、同一のアルゴリズム（所定の微小期間、
｜Ｖ０｜＞Ｖ０ｙとなった場合）にて、バイパス回路８
からインバータ回路４へ切換えるようにすればよい。

【００３７】本実施例では、商用電源直送つまりバイパ
ス回路選択中に、瞬時的な電圧低下、上昇が発生した場
合、直ちにインバータ回路による安定した出力に移行す
ることが可能であり、負荷機器への電源変動による影響
を極力小さくすることができる。更に、出力側の電圧を
監視している為、突発的な出力切換回路の異常等による
出力電圧異常にも対応可能であり、出力の信頼性向上に
有効である。

【００３８】次に、本発明の第７の実施例について説明
する。本実施例では、図４の出力電圧判定回路１２の判
定条件に、インバータ回路４が選択され、かつバッテリ
運転していない、つまり、入力電圧信号Ｖ０が、Ｖ２Ｌ
≦Ｖ０≦Ｖ２Ｈである場合、図５と同一の判定方式によ
り、所定の期間、｜Ｖ０｜＜Ｖ０ｘとなった場合、直ち
に、インバータ回路４の出力から、バイパス回路８の出
力に切換えるよう制御するものである。

【００３９】本実施例の場合、インバータ動作中に、コ
ンピュータ等の負荷機器いわゆる非低下した場合、短時
間にて商用直送回路（バイパス回路）に切換え、負荷給
電を継続するものである。この場合、所定の一定時間経
過後、通常の運転動作制御に従って、入力電圧や出力電
圧に応じ、バイパス及びインバータ切換を実行する。本
機能は、ＵＰＳとしては、一般的にオートレトランスフ
ァ機能と称し、採用されているが、従来は、出力電流そ
のものを検出し、比較器等により、所定の電流値を超過
した場合、切替動作を実行させていた。一方、本発明で
は、同一の切換動作を、実施例６及び７の同一出力電圧
の瞬時電圧低下の判定方式で実現できる為、新たに、比
較器等の制御回路が不要となり、コスト的利点がある。

【００４０】図６は、本発明の第８の実施例のブロック
図である。装置内部もしくは外部に、入力電圧Ｖ０が正
常時（Ｖ１Ｌ≦Ｖ１≦Ｖ１Ｈ）に、バイパス回路８に切
換る動作をしないようインターロック信号１３を設けた
ものである。

【００４１】一般的なコンピュータ等の負荷機器であれ
ば、特に問題ないが、電源変動に対して非常にクリティ
カルな用途に対しては、常時インバータ給電方式の適用
が望ましい場合がある。本発明では、上記インターロッ
ク信号１３を設け、同一装置を簡便な方法により、通常
のＵＰＳと等価な動作を可能としたものである。これに
より、通常のＳＰＳやラインインタラクティブ方式の装
置では、適用できなかった用途へも適用でき、装置とし
ての応用範囲を著しく拡大可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、・商用電源電圧の変動に対し、出力が安定している・バッテリ蓄電エネルギーを消費しない許容入力電圧範
囲を大きくできる・通常の損失が小さく、装置効率が高い・騒音が小さい・小形・軽量・安価・バッテリ増設の制約が少ない等などを満たす無停電電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図、

【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図、

【図３】本発明の第３の実施例を示す構成図、

【図４】本発明の第５の実施例を示すブロック図、

【図５】本発明の第６の実施例を示す出力電圧瞬時低
下検出の概念図、

【図６】本発明の第８の実施例を示すブロック図、

【符号の説明】

１…無停電電源装置、２…商用電源、３…整流器、
４…インバータ回路、５…出力切替スイッチ、６…
負荷機器、７…内蔵バッテリ及びＤＣ／ＤＣ変換回路、
８…内部バイパス回路、１０…入力電圧判定回路、
１１…運転動作制御回路、１２…出力電圧判定回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源を入力して交流電力を直流電力
に変換可能な整流回路と、前記直流電力を所定の電圧、
周波数の安定した交流電力に変換可能なインバータ回路
と、バッテリを有し、停電等の商用電源異常時には、バ
ッテリに蓄えられた直流電力を前記インバータ回路を介
し、継続して安定した交流電力を負荷機器に供給可能な
無停電電源装置において、商用電源と、前記インバータ
回路の交流出力とを選択して切換え可能な出力切換回路
と、商用入力電圧が定格電圧に対して所定の第一の電圧
範囲にある場合には、前記出力切換回路が商用電源を選
択し、それ以外の範囲では、前記インバータ回路の交流
出力を選択し、更に、商用入力電圧が、前記第一の電圧
範囲内ではない第二の電圧範囲を超えた場合に、バッテ
リに蓄えられた直流電力から動作する運転動作に切換え
る運転動作切換制御回路を設けることを特徴とする無停
電電源装置。
【請求項２】運転動作切換制御回路に、商用電源の周
波数の条件を加え５０Ｈｚないし６０Ｈｚの商用定格周
波数に対し所定の第一の周波数範囲にありかつ電圧も所
定の第一の範囲にある場合には、出力切換回路が商用電
源を選択し、周波数が前記第一の周波数範囲外にあるも
しくは、電圧が前記第一の範囲外にある場合には、前記
インバータ回路の交流出力を選択し、更に周波数が所定
の第二の範囲外にある、または、電圧が所定の第二の範
囲外にある場合には、バッテリに蓄えられた直流電力か
らインバータ回路を介して安定した交流電力を負荷機器
に給電する運転動作に切換え、それ以外の範囲では、商
用入力電力を整流回路により直流電力に変換し、インバ
ータ回路により安定した交流電力を出力するよう制御す
ることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】商用電源と、インバータ回路の交流出力
とを選択して切換え可能な出力切換回路について、商用
電源を選択する側のみにサイリスタやトライアック等の
電力半導体スイッチ素子を設け、商用電源選択の場合
は、前記電力半導体スイッチ素子のゲートをオンすると
共に、インバータ回路のゲートをオフし、また、インバ
ータ回路の出力選択の場合は、前記電力半導体スイッチ
素子のゲートをオフすると共に、インバータ回路のゲー
トをオンすることを特徴とする請求項１記載の無停電電
源装置。
【請求項４】順次設定値が長くなる２個以上の複数の
タイマ群を設け、商用入力電圧が所定の第一の電圧範囲
外になった場合には、直ちに出力切換回路を商用電源選
択よりインバータ回路の交流出力選択に切換え、また、
前記タイマ群の中の現在選択されているタイマ値の期
間、商用電源電圧が前記所定の第一の電圧範囲にある場
合には、再び商用電源選択に切換えると同時に、前記タ
イマ群の中の現在選択されているタイマもしくは、予め
設定された第二のタイマを起動し、本タイマカウント中
に、再び商用電源電圧が所定の第一の電圧範囲外になっ
た場合には、直ちに出力切換回路を商用電源選択よりイ
ンバータ回路の交流出力選択に切換え、かつ前記タイマ
群の中の現在選択されているタイマの次の長い時間の設
定に更新し、一方、前記タイマカウント完了までの期間
中、商用電源電圧が所定の第一の電圧範囲内を保持する
場合には、前記タイマ群の中の現在選択されているタイ
マ値よりも短い時間の設定もしくは予め設定された初期
値にタイマ値を更新することを特徴とする請求項１載の
無停電電源装置。
【請求項５】商用電源が選択されている場合に、出力
電圧を監視し、前記出力電圧が、所定の電圧範囲を超え
た場合に、商用電源の選択を中断し、インバータ回路の
交流出力に、所定の期間切換えることを特徴とする請求
項１記載の無停電電源装置。
【請求項６】商用電源が選択されている場合に、出力
電圧の瞬時値を監視し、前記出力電圧の絶対値もしくは
瞬時電圧振幅値が、所定の出力電圧の位相期間もしくは
全領域について、所定の第一の微小期間、所定の第一の
電圧瞬時基準値よりも小さくなった場合、もしくは所定
の第二の微小期間、所定の第二の電圧瞬時基準値よりも
大きくなった場合に、直ちに商用電源の選択を中断し、
インバータ回路の交流出力に、所定の期間切換えること
を特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項７】インバータ回路の交流回路が選択され、
かつ商用入力が所定の第二の電圧範囲内にあり、バッテ
リ運転していない場合に、出力電圧の瞬時値を監視し、
前記出力電圧の絶対値もしくは瞬時電圧振幅値が、所定
の出力電圧の位相期間もしくは全領域について、所定の
第一の微小期間、所定の第一の電圧瞬時基準値よりも小
さくなった場合に、直ちにインバータ回路の交流出力の
選択を中断し、商用電源の選択に、所定の期間切換える
ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項８】装置故障もしくは運転停止条件以外に、
商用電源が所定の電圧範囲内にある場合に、商用電源選
択をするかしないかを、内部もしくは外部設定により、
設定変更可能なことを特徴とする請求項１記載の無停電
電源装置。